1，socket
网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket，用于描述IP地址和端口。
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain：协议域。常用的有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type：指定Socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式Socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式Socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
protocol：指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。
注意：type和protocol不可以随意组合，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当第三个参数为0时，会自动选择第二个参数类型对应的默认协议
int bind(SOCKET socket, const struct sockaddr* address, socklen_t address_len);
socket：是一个套接字描述符。
address：是一个sockaddr结构指针，该结构中包含了要结合的地址和端口号。
address_len：确定address长度。
int accept( int fd, struct socketaddr* addr, socklen_t* len);
fd：套接字描述符。
addr：返回连接着的地址
len：接收返回地址的缓冲区长度
注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭
int recv(SOCKET socket, char FAR* buf, int len, int flags);
socket：一个标识已连接套接口的描述字。
buf：用于接收数据的缓冲区。
len：缓冲区长度。
flags：指定调用方式。取值：MSG_PEEK 查看当前数据，数据将被复制到缓冲区中，但并不从输入队列中删除；MSG_OOB 处理带外数据。
ssize_t recvfrom(int sockfd, void buf, int len, unsigned int flags, struct socketaddr* from, socket_t* fromlen);
sockfd：标识一个已连接套接口的描述字。
buf：用于接收数据的缓冲区。
len：缓冲区长度。
flags：调用操作方式。是以下一个或者多个标志的组合体，可通过or操作连在一起：
（1）MSG_DONTWAIT：操作不会被阻塞；
（2）MSG_ERRQUEUE： 指示应该从套接字的错误队列上接收错误值，依据不同的协议，错误值以某种辅佐性消息的方式传递进来，使用者应该提供足够大的缓冲区。导致错误的原封包通过msg_iovec作为一般的数据来传递。导致错误的数据报原目标地址作为msg_name被提供。错误以sock_extended_err结构形态被使用。
（3）MSG_PEEK：指示数据接收后，在接收队列中保留原数据，不将其删除，随后的读操作还可以接收相同的数据。
（4）MSG_TRUNC：返回封包的实际长度，即使它比所提供的缓冲区更长， 只对packet套接字有效。
（5）MSG_WAITALL：要求阻塞操作，直到请求得到完整的满足。然而，如果捕捉到信号，错误或者连接断开发生，或者下次被接收的数据类型不同，仍会返回少于请求量的数据。
（6）MSG_EOR：指示记录的结束，返回的数据完成一个记录。
（7）MSG_TRUNC：指明数据报尾部数据已被丢弃，因为它比所提供的缓冲区需要更多的空间
（8）MSG_CTRUNC：指明由于缓冲区空间不足，一些控制数据已被丢弃。
（9）MSG_OOB：指示接收到out-of-band数据(即需要优先处理的数据)。
（10）MSG_ERRQUEUE：指示除了来自套接字错误队列的错误外，没有接收到其它数据。
int sendto( SOCKET s, const char FAR* buf, int size, int flags, const struct sockaddr FAR* to, int tolen);
2，socketpair
socketpair创建了一对无名的套接字描述符（只能在AF_UNIX域中使用），存储于一个二元数组,例如sv[2] .每一个描述符既可以读也可以写。在同一个进程中也可以进行通信，向sv[0]中写入，就可以从sv[1]中读取（只能从sv[1]中读取），也可以在sv[1]中写入，然后从sv[0]中读取；但是，若没有在0端写入，而从1端读取，则1端的读取操作会阻塞，即使在1端写入，也不能从1读取，仍然阻塞；
int socketpair(int d, int type, int protocol, int sv[2]);
第1个参数d，表示协议族，只能为AF_LOCAL或者AF_UNIX
第2个参数type，表示类型，只能为0
第3个参数protocol，表示协议，可以是SOCK_STREAM或者SOCK_DGRAM。用SOCK_STREAM建立的套接字对是管道流，与一般的管道相区别的是，套接字对建立的通道是双向的，即每一端都可以进行读写。
参数sv，用于保存建立的套接字对
3，IO多路复用
I/O复用模型会用到select、poll、epoll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数。
异步IO：异步IO不是顺序执行。用户进程进行aio_read系统调用之后，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，然后用户态进程可以去做别的事情。等到socket数据准备好了，内核直接复制数据给进程，然后从内核向进程发送通知。IO两个阶段，进程都是非阻塞的。
用户进程发起aio_read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它收到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal或执行一个基于线程的回调函数来完成这次 IO 处理过程，告诉它read操作完成了Linux提供了AIO库函数实现异步，但是用的很少。目前有很多开源的异步IO库，例如libevent、libev、libuv。
Select:
select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述符就绪（有数据可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。
缺点：
1、 单个进程可监视的fd数量被限制，即能监听端口的大小有限。 一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位机默认是1024个
2、 对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低
当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的
3、需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大
poll：
poll本质上和select没有区别，将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。
它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有一个缺点：
1、大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
2、poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。
epoll:
epoll支持水平触发和边缘触发，最大的特点在于边缘触发，它只告诉进程哪些fd刚刚变为就绪态，并且只会通知一次。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知
epoll的优点：
1、没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）；
2、效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数；
即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll。
3、 内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。
4，libevent
libevent就是一个基于事件通知机制的库，支持/dev/poll、kqueue、event ports、select、poll和epoll事件机制，也因此它是一个跨操作系统的库
为了实际处理每个请求，libevent 库提供一种事件机制，它作为底层网络后端的包装器。事件系统让为连接添加处理函数变得非常简便，同时降低了底层 I/O 复杂性。这是 libevent 系统的核心。
默认情况下是单线程的，每个线程有且只有一个event_base，对应一个struct event_base结构体（以及附于其上的事件管理器），用来schedule托管给它的一系列event，可以和操作系统的进程管理类比，当然，要更简单一点。当一个事件发生后，event_base会在合适的时间（不一定是立即）去调用绑定在这个事件上的函数（传入一些预定义的参数，以及在绑定时指定的一个参数），直到这个函数执行完，再返回schedule其他事件。
struct event_base *base = event_base_new();
event_base内部有一个循环，循环阻塞在epoll/kqueue等系统调用上，直到有一个/一些事件发生，然后去处理这些事件。当然，这些事件要被绑定在这个event_base上。
每个事件对应一个struct event，可以是监听一个fd或者POSIX信号量之类。struct event使用event_new来创建和绑定，使用event_add来启用：
struct event listen_event;
listen_event = event_new(base, listener, EV_READ|EV_PERSIST, callback_func, (void)base);
event_add(listen_event, NULL);
然后需要启动event_base的循环，这样才能开始处理发生的事件。循环的启动使用event_base_dispatch，循环将一直持续，直到不再有需要关注的事件，或者是遇到event_loopbreak()/event_loopexit()函数
event_base_dispatch(base);
typedef void(* event_callback_fn)(evutil_socket_t sockfd, short event_type, void *arg)
对于一个服务器而言，上面的流程大概是这样组合的：
1. listener = socket()，bind()，listen()，设置nonblocking
2. 创建一个event_base
3. 创建一个event，将该socket托管给event_base，指定要监听的事件类型，并绑定上相应的回调函数。对于listener socket来说，只需要监听EV_READ|EV_PERSIST
4. 启用该事件
5. 进入事件循环
6. (异步) 当有client发起请求的时候，调用该回调函数，进行处理。